随着锂电池应用领域的扩大, 我国锂电池的年产量也在不断增长, 仅2011年, 全国锂电池产量即达亿只, 同比增长%。目前, 我国已成为锂电池生产、消费和出口大国, 每年所报废的旧电池也在随之增长。这些废旧电池如处理处置不当, 将会带来各种环境污染问题。废锂电池中含有大量有价金属, 其中:钴为5%~20%、锂为5%~7%、镍为5%~10%[5], 对这些有价金属进行合理回收, 不仅能够缓解我国目前资源短缺的现状, 具有经济效益, 而且同时还能够变废为宝, 具有显著的社会环境效益。

锂电池结构

锂电池主要是由正负极、隔离膜、电解液、外壳等几部分组成, 其中正极材料在电池的结构中占据着重要地位。目前, 在商业化的锂电池中, 广泛使用的正极材料是由88%的活性材料 (LiCoO2) 与8%的乙炔黑导电剂通过4%的聚偏氟乙烯 (PVDF) 粘结剂均匀涂抹在作为集流体的铝箔两面组成的。对于拆解后得到的正极材料, 本研究分析测定了其组成, 并针对正极材料的结构, 分别采用有机溶剂溶解、破碎筛分、高温分解3种方法对其组成材料进行富集分离, 并分析其分离结果, 以便进一步应用于实际处理过程。

破碎筛分

锂电池正极是粉末状活性材料钴酸锂与乙炔黑导电剂通过PVDF粘结剂粘贴在铝箔上而成的。考虑到铝箔有较好的延展性, 可以通过破碎过程中的机械撞击将粉末状活性材料从铝箔上剥离, 并通过颗粒间的形状与尺寸差实现钴酸锂粉末与铝箔的筛分分离。将锂电池正极利用高速粉碎机进行粉碎, 对破碎后的解离物料进行筛分, 测定不同粒度范围内钴、铝等元素含量, 分析不同时间的破碎效果以及破碎筛分规律。

破碎筛分技术可有效对废锂电池正极材料进行破碎解离, 并实现正极活性材料与金属铝的分离富集。但与有机溶剂溶解和高温分解两种方法相比, 其分离富集效果不够理想, 在实际操作中需要增加后续分选措施以提高对钴酸锂活性物质的分离回收。